Cơ chế hấp thụ, vận chuyển và tích lũy Silic của cây lúa. Ảnh: Lê Minh Quốc.
Trong bối cảnh giá phân bón nói chung, đặc biệt là phân ure thường tăng vào mỗi đầu vụ, làm tăng gánh nặng chi phí trong sản xuất lúa của nhà nông. Bên cạnh đó việc phải sử dụng lượng phân bón tăng để thu được năng suất sẽ dẫn đến sự phát triển của các mô thực vật mọng nước (chủ yếu là phân đạm). Cây hấp thu N quá mức dẫn đến việc sản xuất ra những chiếc lá nặng và rậm rạp, làm cho lá có xu hướng rũ xuống, che bóng những chiếc lá phía dưới sẽ làm giảm tổng thể tốc độ quang hợp của cây. Từ đó cây yếu thúc đẩy sâu bệnh tấn công, cây dễ đổ ngã gây ra nhiều tác động bất lợi làm giảm năng suất, tăng chi phí sản xuất của nông dân.
Đổ ngã làm giảm năng suất, thất thoát và hạn chế thu hoạch lúa bằng máy, ảnh hưởng trên 10% sản lượng mỗi vụ. Đổ ngã ảnh hưởng đến chất lượng hạt lúa, do quang hợp kém và quá trình tạo hạt bị đình trệ khi sự vận chuyển chất khô bị trở ngại, tỷ lệ lép lửng gia tăng.
Đổ ngã làm bông lúa ngập trong nước thúc đẩy hạt nẩy mầm, hoặc hư thối do nấm bệnh tấn công và làm giảm chất lượng hạt gạo.
Khuyến cáo của các nhà khoa học, các chuyên gia đầu ngành là phải giảm bón phân đạm, lựa chọn mật độ trồng hợp lý, đặc biệt đã chứng minh vai trò trong việc bổ sung Silic thông qua việc phối trộn với phân bón để giảm lượng phân đạm dư thừa cho cây lúa, để tăng hiệu quả của phân đạm, phân NPK, giảm chi phí sản xuất và đảm bảo năng suất lúa ổn định.
Silic (Si) được xếp hạng là nguyên tố quan trọng thứ tư đối với cây lúa sau N, P, K. Silic chủ yếu được rễ hấp thụ dưới dạng Axit Silicic (H4SiO4) và phân bố rộng rãi khắp các mô của cây lúa. Vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy sự tăng trưởng, phát triển và trao đổi chất của cây.
Cây lúa tích lũy Silic cao, chứa Si ở mức lên tới 10% trọng lượng vật chất khô. Để tạo ra tổng năng suất 5 tấn/ha, cây lúa lấy đi 230-470kg silic /ha từ đất. Nông nghiệp thâm canh mang lại năng suất cao cùng với việc loại bỏ Silic cao có thể là lý do làm giảm mức Silic trong đất. Nông dân thường đốt hoặc lấy rơm rạ từ ruộng lúa sau khi thu hoạch để làm các mục đích khác nhau nên tình trạng Silic của đất ngày càng thấp. Nếu không được bổ sung thì Silic sẽ giảm theo từng mùa, đất bị axit hóa gây ra tình trạng thiếu Silic vì độ pH ảnh hưởng đến tính khả dụng của Si trong đất.
Cơ chế hoạt động sau khi bón phân có bổ sung Silic vào đất là giải phóng Si có sẵn, một số được rễ cây hấp thụ ngay, phần còn lại có thể được cây trồng tiếp tục hấp thụ ở vụ tiếp theo. Sau khi được rễ cây hấp thụ, H4SiO4 được vận chuyển qua các con đường apoplasmic và symplasmic và lắng đọng dưới dạng Silica vô định hình (SiO2. nH2O) hoặc Phytolith Opal trong các khoang tế bào của thân và lá. Trong khi ở hệ thống thực vật, H4SiO4 mất nước thông qua quá trình thoát hơi nước và trở nên cô đặc hơn để tạo thành gel SiO2; và theo tuổi của cây, chúng có thể phát triển thành các thể SiO2. Sự tích tụ các thể Silica này trong các lá già hoạt động như một rào cản vật lý và tạo thành cơ sở cho sự hình thành các bề mặt lá cứng hơn mà côn trùng và các tác nhân gây bệnh thực vật không dễ dàng xâm nhập. Bề mặt lá cứng hơn cũng có tác dụng ngăn chặn động vật ăn lá và hạn chế đổ ngã hiệu quả hơn.
Ruộng lúa sử dụng Volcanic Zeolite 50kg/ha, giúp nông dân giảm 20% sử dụng phân đạm. Ảnh: Lê Minh Quốc.
Hệ thống hấp thụ Silic và vận chuyển qua cây lúa, trung gian bởi chất vận chuyển Silic. Rễ cây hấp thụ Si (dưới dạng axit silicic) từ dung dịch đất qua tế bào biểu bì rễ và vận chuyển đến các tế bào ngoại bì nhờ Lsi1 thụ động và Lsi2 hoạt động. Trong mô khí, Silic di chuyển theo kiểu apoplastic cho đến khi đến nội bì, tại đây Lsi1 và Lsi2 đưa Si vào trụ. Silic đi vào mạch gỗ, trung gian bởi một chất vận chuyển chưa biết, di chuyển xa hơn lên lá và chồi. Lsi6 chịu trách nhiệm mang Silic vào nhu mô mạch gỗ. Silic được hình thành dưới dạng silica vô định hình (SiO2.nH2O) trong thành tế bào của chồi và lá, được gọi là thể silica hoặc tế bào silica.
Mức hấp thụ Silic cao ở lúa có liên quan đến khả năng hấp thụ Si vượt trội của rễ, nhanh hơn nhiều so với hút nước thông qua quá trình thoát hơi nước. Lúa thể hiện khả năng hấp thụ Silic cao hơn nhiều so với các loài một lá mầm khác như ngô, lúa miến, lúa mì và lúa mạch. Hơn 90% tổng lượng Silic trong chồi tồn tại dưới dạng gel silica trong thành tế bào biểu bì của lá, thân và vỏ, tạo thành lớp kép Si-lớp biểu bì và lớp kép Si-cellulose. Sự tích tụ Silic trong thành tế bào cải thiện độ bền và độ cứng của chúng, do đó tăng khả năng chống chịu của lúa đối với nhiều mối đe dọa, chẳng hạn như bệnh tật, sâu bệnh và đổ ngã.
Trong điều kiện ngập nước, Silic tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển oxy đến hệ thống rễ của cây và làm tăng khả năng oxy hóa của rễ, do đó gây ra quá trình oxy hóa và sau đó lắng đọng các mức độ độc hại của Mn2+ và Fe2+ trên bề mặt rễ; và làm giảm sự hấp thụ và chuyển vị của chúng đến thân cây. Silic ức chế độc tính của nhôm (Al) bằng cách tạo thành aluminosilicat hoặc hydroxyaluminosilicat không hòa tan làm giảm nồng độ Al3+ tự do trong dung dịch đất, hoặc bằng cách chặn con đường apoplastic là con đường vận chuyển chính cho các cation kim loại trong tế bào thực vật. Silic trong đất không ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng thiết yếu của cây, nhưng làm giảm hàm lượng As và Cd trong rơm, thân, lá cờ, bông và trấu tới 50%. Cho thấy bón Si có thể rất cần thiết để cải thiện chất lượng hạt.
Cây lúa sử dụng Volcanic Zeolite giúp cây phát triển đồng đều về màu sắc lá lúa, chiều cao. Từ đó cây lúa có bộ rễ khỏe và nở nhánh rất tốt. Ảnh: Lê Minh Quốc.
Tác dụng của Silic đối với cây lúa đã được chứng minh như tăng cường quang hợp, năng suất hạt và khả năng chịu đựng của cây lúa đối với các căng thẳng sinh học (bệnh thực vật và sâu hại) và phi sinh học (cơ học, hạn hán, nhiệt độ cao và mặn), làm tăng chất lượng gạo. Silic làm tăng khả năng lưu giữ tổng lượng Nitơ trong đất, Amoni trao đổi và làm tăng tỷ lệ Nitrat sẵn có, làm giảm 8% sự bay hơi của Amoniac. Tăng khả năng cung cấp các chất dinh dưỡng như N, P, K, canxi (Ca), magie (Mg), lưu huỳnh (S), kẽm (Zn) và giảm căng thẳng về khoáng chất, chẳng hạn như độc tính của chất dinh dưỡng là sắt (Fe), nhôm (Al), mangan (Mn), cadmium (Cd) và asen (As).
Tuy chất Silic không phải là một “dưỡng chất chủ yếu” của cây lúa, thiếu silic lúa không chết, nhưng lúa hấp thụ rất nhiều silic, nhiều gấp 4 lần chất N. Silic là “dưỡng chất có lợi” vì làm gia tăng sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của lúa. Silic giúp lá, thân và rễ lúa cứng cáp. Khi cây lúa có đủ silic, lá đứng thẳng nên hấp thu được nhiều ánh sáng và làm gia tăng khả năng quang hợp của cây, thân cứng ít bị đổ ngã và vì vậy giảm được tỷ lệ hạt lép và lửng.
